Deutsches Biomasseforschungszentrum Rahmenbedingungen für den Einsatz von erneuerbaren Kraftstoffen - Franziska Müller-Langer, Jörg Schröder ...
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Deutsches Biomasseforschungszentrum Rahmenbedingungen für den Einsatz von erneuerbaren Kraftstoffen Franziska Müller-Langer, Jörg Schröder, Karin Naumann | BMDV-Fachkonferenz erneuerbare Kraftstoffe | Berlin | 14.03.2023
Wie passen Entwicklungen und Ziele zusammen?
Je mehr Verkehr, umso höher der Endenergieverbrauch
DE | Endenergieverbrauch und -bedarf im Verkehr in PJ
inklusive von Deutschland ausgehender internationaler Verkehr
3.000
2.500 Bestand 48,8 Mio. 0,08 Mio. 3,87 Mio. 0,01 Mio.
Eigene Annahme
auf Basis Trend
2.000 Prognose 2022 (10 Jahre)
+5,3 Mio. +6.900 +1,1 Mio. –2.500
BEV ↗
BEV ↑
1.500
BEV ↗ Gleitende Langfrist-Verkehrsprognose „Prognose 2022“
© DBFZ, 03/2023
Veränderung Verkehrsleistung 2019 – 2051
Personenverkehr Güterverkehr
1.000 +68 % +?? %
BEV ↑ +25 % +0 %
Bandbreite Szenarien für
500 +4 % +54 %
Klimaneutralität in 2050a
750 bis 1.600 PJ +52 % +33 %
0 ∑ inkl. +13 % ∑ +46 %
1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050
Umrechnung: 1 Petajoule [PJ] = 278 Gigawattstunde [GWh] = 24 Tausend Tonnen Öleinheit [ktoe]
Referenzen: DBFZ-Report 44 [Schröder u. Naumann 2023], [KBA 2023], [Verkehr in Zahlen 2022], [BMDV, Intraplan 2023], a [UBA 2019, Agora 2021, Ariadne 2021, BDI 2021, BMWK 2021, dena 2021] 2
Wie passen Entwicklungen und Ziele zusammen?
Alle Optionen zur Treibhausgasemissionsvermeidung nutzen
DE | Treibhausgasemissionen im Verkehr in Millionen Tonnen CO2-Äquivalente » Vermeiden – Verlagern – Verbessern
inklusive von Deutschland ausgehender internationaler Verkehr
250
Bundes-Klimaschutzgesetz » u.a. Stärkung öffentlicher Verkehrsmittel, Elektrifizierung,
(ohne internationaler Verkehr)
Notwendige Entwicklung
Modal shift
200
» Erneuerbare Energien im Verkehr (2021)
− ca. 8% am Endenergieverbrauch
− 139 PJ durch erneuerbare Kraftstoffe aus Biomasse
150 >> ca. 11 Mio. t CO2-Äq. Reduktion der
© DBFZ, 03/2023
Treibhausgasemissionen
− 18 PJ durch erneuerbaren Strom (hauptsächlich im
100
Schienenverkehr)
50
0
1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050
Bundes-Klimaschutzgesetz in 2045:
0 Mio. t CO2-Äq.
Referenz: DBFZ-Report 44 [Schröder u. Naumann 2023], adaptiert 3
Welche erneuerbaren Kraftstoffoptionen gibt es?
Vielfältige Technologierouten, Synergien und Wertschöpfungen
Erneuerbare Ressourcen / Konversion / Zwischenspeicherung / Logistik Produkte / Weiterverarbeitung
Energieträger
Futter-/Nahrungsmittel
CO2
Anbaubiomasse Biochemische Konversion CO2
Bioethanol und
Folgeprodukte
Nachhaltige Biomasse
Rest- und Physikalisch-chemische Biodiesel (FAME)
Abfallstoffe Konversion
HVO / HEFA
Produktauf-
Thermo-chemische
Algenbiomasse bereitung Methan / Wasserstoff
Konversion
(B/PTG)
O2 CO2 Synthetische Kraftstoffe
Synthesen (B/PTL)
H2
Windkraft
Erneuer. Elektrizität
Syn. Chemikalien /
Elektro- Zwischenprodukte
chemische H2 (B/PTx)
Solar
Konversion Weiterführende
Informationen:
(Elektrolyse) Grundstoffe /
H2 Chemikalien /
Wasserkraft,
Geothermie O2 Zwischenprodukte
SynBioPTx ©DBFZ 03/2023 (ohne Anspruch auf Vollständigkeit) | B/PTG – Biomass-/Power-to-Gas, B/PTL – Biomass-/Power-to-Liquids
FAME – Fettsäuremethylester, HVO / HEFA – Hydroprozessiertes Pflanzenöl / Ester und Fettsäuren 4
Wovon hängt die Entwicklung der Technologierouten (auch) ab?
Rahmenpolitik beeinflusst Markt und Wettbewerb
International Europäische Union Deutschland
ReFuelEU Aviation EU-ESR BEHG LuftVStG
Fuel EU Maritime ETD EnergieStG EnergieStV
Kraftstoffe
UERV Nationale
EU-ETS REACH
TA Luft Wasserstoffstrategie
10. BImSchV Biokraft-NachV
Environmental FQD RED II
United Nations 36. bis 38. BImSchV BiomasseV
Protection
Framework
Convention on CORSIA, KSG
Climate Change Europäisches Klimagesetz BImSchG Bundes-
Aeroplane CO2 Klimaschutzgesetz
Emissions,
Fahrzeuge und
Pariser
Infrastruktur
Klimaabkommen IMO CO2 targets,
GHG Protocol AFID / AFIR CVD SaubFahrzeugBeschG
MARPOL Beförderungsricht- CO2-Flottengrenzwerte für Pkw, leichte und EmoG
Annex VI SECA, EEDI linien: ADR, ADN, schwere Nutzfahrzeuge
Typzulassung RID, IMDG-Code, Abgasstufen für Pkw, leichte und schwere Nationale
ICAO-TI, IATA DGR AwSV
ECE Regulation Nutzfahrzeuge, Zugmaschinen Wasserstoffstrategie Weiterführende
Informationen:
Norm-
ung
ASTM-Standards ISO-Normen CEN EN-Normen DIN-Normen VDI-Richtlinien
© DBFZ 03/2023
Referenz: DBFZ-Report 44 [Schröder u. Naumann 2023], adaptiert 5
Wovon hängt die Entwicklung der Technologierouten (auch) ab?
Ohne erneuerbare Ressourcen keine erneuerbaren Produkte
» Schlüsselrolle Kohlenstoff für erneuerbare
Kraftstoffe
» Stellschrauben für zukünftige Ressourcen-
potenziale >> Strategien erforderlich:
− Nachhaltige Produktion
− Mobilisierung
− Verteilung
− Optimierung
Legende:
© DBFZ, 12/2022
Referenz: DBFZ-Report 44 [Schröder u. Naumann 2023], [NABIS 2022] 6
Wovon hängt die Entwicklung der Technologierouten (auch) ab?
Zunehmende Ressourcennachfrage mit Chancen und Risiken
Bis 2030 in DE in allen Bereichen zunehmende
Nachfrage nach erneuerbaren Ressourcen bei
bereits hohem Nutzungsgrad; Beispiele
Wärme
Strom
Verkehr
Chemie
Bau
Industrie (z.B. Stahl, Zement)
Landwirtschaft (z.B. Torfersatz)
©DBFZ 01/2023; ohne Anspruch auf Vollständigkeit 7Wovon hängt die Entwicklung der Technologierouten (auch) ab? Treibhausgasvermeidungskosten entscheidend für Wettbewerb Referenz: Dögnitz, N. et al. (2023): Marktanalyse für erneuerbares LNG im Verkehr – Treibhausgasquote, DBFZ, Fokusheft im Projekt Pilot-SBG (adaptiert) 8
Kann der zukünftige Energieverbrauch im Verkehr bedient werden?
Erneuerbare Kraftstoffe „Made in Germany“ reichen nicht
DE | Potenziale und Bedarfe von erneuerbaren Kraftstoffen in PJ
3.000
Potenzial Bedarf » Kraftstoffe aus regionaler Biomasse nicht
2.500 ausreichend
» Perspektivisch Wegfall derzeitiger CO2-
2.000
Quellen
1.500 » Neue Verkehrsprognose erhöht den Bedarf
an erneuerbaren Kraftstoffen massiv
1.000
» Import erneuerbarer Kraftstoffe
500
unverzichtbar
0
500
© DBFZ, 03/2023
1.000
Bio Bio PTG PTL UBA
Agora DBFZ
(minimal) (maximal) (Methan) (Methanol) GreenLate
2015 2015 2017 2017 2050 2050 2051
Mobilisierbares Potenzial aus Technisches Potenzial aus CO2 von Bedarf 2050
Fortschrittliche Ressourcen Kraftstoffe im Luftverkehr Eigene Berechnung bzw. Darstellung auf Datenbasis: Bandbreiten für
Zement-, Stahl, Chemieindustrie Biokraftstoffe gemäß mobilisierbarem Potenzial; PTX-Potenzial gemäß CO2-
Altspeiseöle und tierische Fette Papier-, Zellstoffindustrie Kraftstoffe im Seeverkehr Punktquellen; Bedarfsszenarien beispielhaft gemäß [Purr (2019)] mit spätem
Konventionelle Ressourcen Biokraftstoff-/Bioenergieindustrie Kraftstoffe im Straßenverkehr Handeln und gemäß [Prognos (2021)] mit ambitionierten Maßnahmen [DBFZ
Wasserstoff im Verkehr (2021b); Kircher (2020); Prognos (2021); Purr (2019)]
Erneuerbarer Strom Strom im Verkehr Referenz: [Naumann et al. 2023], adaptiert 9Kann der zukünftige Energieverbrauch im Verkehr bedient werden?
Technischer Entwicklungsstand erneuerbarer Kraftstoffe
Bezugsjahr Technologischer Tankinfrastruktur Anwendungsbereich in der Langfristperspektive
2021 Reifegrad TRL
Strom 11
☑ ↗
Fuel Readiness Level
Ethanol Bio: 8 – 11 ☑
Beimischung
Biodiesel (FAME) Bio: 4 – 11 ↗ ☑
Beimischung
Paraffinischer Diesel Bio: 3 – 11
PTx: 3–7 ☑
Paraffinisches Kerosin Bio: 3 – 10
PTx: 3–7 ↗
Methan Bio: 6 – 11
PTx: 6 ↗
Tankinfrastruktur
Wasserstoff Bio: 4–8
↗ ☑ etabliert
PTx: 6 – 11
Tankinfrastruktur im
Methanol Bio: 3–8
↗ ↗ Aufbau
PTx: 3–7
Hoher Energiebedarf
Methanol-to-gasoline Bio: 3–8 ☑ für Fahrzeugsegment
PTx: 4–5 Beimischung
Geringer Energiebedarf
Alcohol-to-jet Bio: 3–8
PTx: 4–5 ↗ für Fahrzeugsegment
(Restbestand)
Referenz: [Schröder u. Naumann 2023], TRL – Technology Readiness Level (TRL 1: Technologieidee, TRL 8: first-of-its-kind, TRL 10: Marktintegration, TRL 11: im Markt etabliert); 10Kann der zukünftige Energieverbrauch im Verkehr bedient werden?
Erneuerbare Kraftstoffe im internationalen Markt
Europa in PJ/a | Produktiona
Bioethanol (als Kraftstoff) 108
Biodiesel (FAME) 409
HVO-Diesel 149
Weltweit in PJ/a | Produktiona & (Bau/Planungb)
HEFA-SPK k.A.
Biomethan / Biogas 68 Bioethanol (als Kraftstoff) 2.077 (792)
Syn. Kraftstoffe (BTx/PTx)Fazit
Klimaschutz nur mit integrierter Verkehrs- und Energiewende
» Für Erreichung der Klimaziele ist entscheidend, dass:
− der Endenergiebedarf deutlich reduziert wird,
− alle vorhandenen und naheliegenden Optionen zur Emissionsreduktion genutzt und
− Bestandsfahrzeuge adäquat berücksichtigt werden.
» Aktuelle Verkehrsprognose erhöht den Bedarf an erneuerbaren Kraftstoffen massiv
» Für erneuerbare Kraftstoffe zunehmende Ressourcen- und Produktdiversifizierung und Notwendigkeit auch komplexere
Technologieoptionen umzusetzen >> viele Einflussfaktoren für erfolgreiche Technologieentwicklung
− Regulativer Rahmen >> faire Entwicklung für alle Optionen, z.B. verbindliche Treibhausgasquote bis 2045
− Nachfragedruck auf Ressourcen >> erneuerbarer Kohlenstoff als Schlüssel für erneuerbare Kraftstoffe
− Treibhausgasvermeidungskosten als Wettbewerbstreiber
» Erneuerbare Kraftstoffe aus internationalem Kontext unverzichtbar >> Chancen und Risiken für neue Wertschöpfungsketten
sowie Wissens- und Technologietransfer
12Ansprechpartnerin Dr.-Ing. Franziska Müller-Langer Bereichsleiterin Bioraffinerien & Forschungsschwerpunkt Biobasierte Produkte und Kraftstoffe +49 (0)341 2434423 franziska.mueller-langer@dbfz.de
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